引發產業變革的顛覆性技術內涵與遴選研究

孫永福，王禮恒，孫棕檀，王崑聲，胡良元，崔劍，徐源，康熙瞳

（1. 中國工程院，北京 100088；2. 中國航天系統科學與工程研究院，北京 100048）

引發產業變革的顛覆性技術內涵與遴選研究

孫永福1，王禮恒1，孫棕檀2，王崑聲2，胡良元2，崔劍2，徐源2，康熙瞳2

（1. 中國工程院，北京 100088；2. 中國航天系統科學與工程研究院，北京 100048）

引發產業變革的顛覆性技術具有技術突破性、產品替代性、市場廣泛性與產業變革性特征，會對社會發展和人民生活產生深遠的影響。本文首先從產業和技術角度出發，提出引發產業變革的顛覆性技術內涵；其次，建立相應的指標評價體系；最后，通過兩輪問卷調查，以定性和定量相結合的方式，遴選出20多項引發產業變革的顛覆性技術，從而為進一步研究顛覆性技術與產業變革間的規律、開展技術預測工作提供支撐。

產業變革；顛覆性技術；指標評價體系；遴選；調查問卷

一、前言

顛覆性技術創新在歷次科技革命和產業革命的孕育、發生和發展過程中發揮了重要作用，對社會發展和人民生活產生了深遠的影響[1]。當前，世界正處于新一輪科技革命的前夜，新一輪顛覆性技術發展十分活躍，信息技術、能源技術、生命科學技術交叉融合、深度滲透和群體興起，增材制造、物聯網、移動互聯網、云計算、大數據、石墨烯等顛覆性技術已經處于產業化突破的臨界點[2,3]。世界各國紛紛瞄準這一時代契機，從政府頂層到企業層面，相繼發布推動技術創新和促進產業發展的戰略規劃與政策措施，謀劃搶占科技制高點和市場先機。

新一輪科技革命和產業變革與我國加快轉變經濟發展方式形成歷史性交匯，國際產業分工格局正在重塑，我國產業轉型升級如逆水行舟，不進則退。我國應緊緊抓住當前的重大歷史機遇，在新一輪科技革命和產業變革中搶占戰略制高點，才有可能實現彎道超車、后來居上。

在這樣的背景下，若能準確把握與預測引發產業變革的顛覆性技術的發展方向，將為我國制定重大科技發展規劃及政策提供決策支撐，為我國選擇產業轉型升級的著力點、關系全局和長遠發展的戰略必爭領域和優先發展方向提供重要參考。對引發產業變革的顛覆性技術的預測，可采用以下循序漸進的研究思路：首先研究引發產業變革的顛覆性技術內涵；再采用科學、準確的手段對引發產業變革的顛覆性技術進行定性與定量遴選；進而總結引發產業變革顛覆性技術的特征與發展規律，開展探索性技術預測。

引發產業變革的顛覆性技術內涵研究與定性定量遴選引發產業變革的顛覆性技術是“引發產業變革的重大顛覆性技術預測研究”項目的一部分?！耙l產業變革的重大顛覆性技術預測研究”是中國工程院2016年立項的重大咨詢項目，旨在貫徹中國共產黨第十八屆中央委員會第五次全體會議提出的創新發展理念和“重視顛覆性技術創新”的要求，匯集專家群體智慧、廣泛調研國內外各領域最新的研究成果，遴選、提出和研究未來10年國內外正在引發產業變革的顛覆性技術，以及有共識的未來20年必然引發產業變革或可能引發產業變革的顛覆性技術。項目從產業和技術結合的角度提出了引發產業變革的顛覆性技術內涵，并建立引發產業變革的顛覆性技術指標評價體系，通過第一輪問卷調查定性遴選出約160項技術，再應用指標評價體系通過第二輪問卷調查定量遴選出約20項技術，從而為進一步研究顛覆性技術與產業變革間的規律、開展技術預測奠定基礎。

二、引發產業變革的顛覆性技術內涵與指標評價體系

（一）引發產業變革的顛覆性技術內涵

顛覆性技術是采用科學原理進行創新應用、或由技術集成創新產生的新技術；這些新技術具有重大突破性，對相關技術具有替代性，具有廣泛的應用價值，并將對產業發展產生深遠的影響。產業變革是以技術創新為基礎，經歷新事物從無到有、從小到大、逐步擴散到日常生產和生活的過程[4]，進而推動產業組織管理模式、產品制造生產模式、商業運行模式等變革性發展，甚至催生新興產業。

引發產業變革的顛覆性技術是以技術取得重大突破為基礎和前提，以該項技術為核心的產品具有顛覆性創新，能夠催生潛力巨大的市場，并引發產業組織管理模式、產品制造生產模式、商業運行模式等的變革。

引發產業變革的顛覆性技術具有以下特征。

一是技術突破性。科學原理的創新應用，或跨學科、跨領域技術的集成創新等取得重大突破，或工藝技術取得突破，能夠對產品性能或形態產生重大影響。

二是產品替代性。在技術取得重大突破后,以該項技術為核心的產品具有顛覆性創新，有望引發產品與服務（還包括工藝裝備和設計方法）的更新換代，或者創造全新的產品形態。

三是市場廣泛性。對新產品或服務需求廣泛，可強勁擠占原有的產品市場，市場和產業的容量大；或者引發和培育出新市場需求，形成規模龐大的新市場，對產業具有廣泛的可嵌入性。

四是產業變革性。由于顛覆性產品的市場需求強勁或產生新的需求形態等，與其相關的產業在組織管理模式、產品制造生產模式、商業運行模式等方面必須進行相適應或創新性變革。

（二）引發產業變革的顛覆性技術指標評價體系

指標評價體系緊扣“引發產業變革的顛覆性技術”內涵與特征，設為4個一級指標和12個二級指標。4個一級指標與“引發產業變革的顛覆性技術”的4個特征，即“技術突破性、產品替代性、市場廣泛性、產業變革性”相對應。同時，設計了每個二級指標的初始權重值（見表1），為引發產業變革的顛覆性技術的定量遴選提供可操作的方法。

表1 引發產業變革的顛覆性技術指標評價體系

表2 技術需求性指標評價準則

2.技術提升性指標

該指標表征關鍵技術的核心指標提升情況。相比原有技術，提升率越高顛覆性影響越明顯（見表 3）。

表3 技術提升性指標評價準則

3.技術成熟度指標

該指標表征核心關鍵技術的成熟度。成熟度越高，轉化為產品的潛力越大。因為項目著重關注10年內引發產業變革的顛覆性技術，考慮到無論是技術成熟與培育，還是技術轉化為產品再到進入市場，都需要一定的年限，故著眼于技術成熟度（TRL）≥4的技術。該項指標得分小于4（TRL＜ 4）的技術將不予考慮（見表4）。

表4 技術成熟度指標評價準則

4.產品突出性指標

該指標表征技術引發的產品或服務對舊有產品或服務的替代作用與影響。該項指標得分越高，替代性越強（見表5）。

表5 產品突出性指標評價準則

每個二級指標均設立可量化標準，根據相應的評價標準有相應得分（0～10分）。

1.技術需求性指標

“需求”能體現技術對重大問題的解決。通過設立該指標來判斷某項技術是否具有強烈的應用需求，以及需求推動程度（見表2）。

5.制造成熟度指標

該指標表征產品制造過程中關鍵制造技術的成熟程度，以及技術轉化過程中的制造風險。制造成熟度越高，應用價值越大（見表6）。

6.制約因素指標

該指標表征技術成功轉化為產品或服務時所需付出的努力與面臨的困難。該指標作為唯一的負向指標，包括成本、基礎設施和政策等因素，得分越高，技術轉化為產品或服務的潛力越大（見表7）。

表6 制造成熟度指標評價準則

表7 制約因素指標評價準則

7.民眾生活指標

該指標表征顛覆性技術對生活資料（消費者）市場的影響，體現在衣食住行甚至社交娛樂等精神層面需求的改變與提升，以及衣食住行甚至社交娛樂等精神層面成本的降低（見表8）。

表8 民眾生活指標評價準則

8.生產資料指標

該指標表征顛覆性技術對生產資料市場的影響，體現在生產資料中設備、原材料、工具、輔助品等各要素的改變，涵蓋了日用品制造、工業生產、農業耕作與武器裝備研制等多種生產資料市場（見表 9）。

表9 生產資料指標評價準則

9.受益群體指標

該指標表征技術對市場終端——廣義消費者的影響，該項指標得分越高，顛覆性技術產生的受眾影響越大。廣義消費者包括消費者（普通民眾）、生產者、服務者（生產與制造、農業、服務業）、特定人群（軍事人員及其他）等（見表10）。

表10 受益群體指標評價準則

10.產業運行模式指標

該指標表征產業運行模式的發展與改變，包括組織管理模式、制造模式與商業模式的改變與發展（見表11）。

表11 產業運行模式指標評價準則

11.產業規模指標

該指標從從業人數、產業集中程度、市場規模與占有率、經濟價值等角度表征產業規模的擴大和改變（見表12）。

表12 產業規模指標評價準則

12.產業結構指標

該指標表征由于產品比例或服務形態的改變，引發產業結構發生深刻變化，將逐步催生新興產業、改造原有產業、淘汰夕陽產業（見表 13）。

表13 產業結構指標評價準則

三、引發產業變革顛覆性技術的定性遴選

對引發產業變革的顛覆性技術的定性遴選，需經歷三個步驟：首先，綜合國內外各類顛覆性技術研究報告與技術熱點，形成“技術選項清單”（313項技術）；其次，依托院士智慧與專家力量，在“技術選項清單”的基礎上，開展問卷調查；最后，根據問卷調查的結果，進行多渠道技術補充，形成“技術備評清單”（165項），具體流程見圖1。

圖1 引發產業變革的顛覆性技術的定性遴選流程

（一）技術選項清單的形成

持續跟蹤主要國家和機構開展的顛覆性技術研究與預測報告，從中梳理出與產業相關的顛覆性技術；并對國內政策文件與熱點詞匯進行整理，對涉及到的顛覆性技術進行篩選、歸類；再借鑒吸收《中國工程科技2035發展戰略研究》技術清單、科技部面向“十三五”技術預測的部分成果，最后形成包含313項技術的“技術選項清單”。

（二）第一輪調查問卷工作

問卷調查將以中國工程院院士為核心、專家為骨干、學部為主體，旨在廣泛征集并匯聚院士、專家意見，充分發揮各學部各領域院士、專家的作用。依照各學部設置，共設置8份“技術選項子清單”，院士專家在每份“技術選項子清單”選出不超過20項的引發產業變革的顛覆性技術，并可進行技術增補。對問卷進行回收統計時，按各技術入選頻次對技術進行排序，并對院士專家補充的技術進行詳細記錄（見表14）。

表14 第一輪問卷調查統計情況

（三）技術備評清單的形成

通過入選技術數、第一輪問卷入選技術數、《中國工程科技2035發展戰略研究》渠道入選技術數、院士補充渠道入選技術數、其他渠道入選技術數五個渠道，對技術進行集成、歸并和刪減，最終形成包含165項技術的“技術備評清單”（見表15）。此外，還對165項技術的預計實現年份及數量進行了統計（見表16）。

表15 “技術備評清單”中的技術來源 項

表16 技術預計實現年份及數量統計 項

四、引發產業變革的顛覆性技術定量遴選

在包含165項技術的“技術備評清單”的基礎上，采用指標評價體系，設計第二輪調查問卷；仍以中國工程院各學部院士為核心，廣泛征集并匯聚院士意見，填寫第二輪調查問卷；最后對問卷結果進行統計，與院士補充的技術數量綜合后，形成26項“引發產業變革顛覆性技術備研清單”（見圖2）。

圖2 引發產業變革的顛覆性技術定量遴選流程

問卷中對單項技術的遴選設置如圖3所示。對調查問卷出現的以下幾種情況做如下處理。

圖3 第二輪調查問卷中對單項技術的遴選設置

（1）對技術“很熟悉、熟悉、一般”的專家，在統計技術得分時按3∶2∶1的比重進行處理。

（2）對未做出“是否為顛覆性技術”判別或做出否定判別的問卷，不納入問卷統計。

（3）對只做出“技術熟悉程度”判別但未進行評價勾選的問卷，進行“入選次數”統計，不進行“技術得分”統計。

（4）對做出技術評價勾選但未做出“技術熟悉程度”判別的問卷，統一處理為“技術熟悉程度一般”。

第二輪問卷調查共回收178份有效問卷，回收率接近20%。按照“技術得分”和“入選次數”兩個序列，對技術進行排序，再結合院士增補的29項技術，經過篩選后，形成初步的“引發產業變革顛覆性技術備研清單”（現有26項）。后續將開展企業研討、雙創群體研討與其他形式的調研，確定最終的“技術備研清單”。

26項引發產業變革的顛覆性技術如下：無人駕駛交通系統技術、新能源汽車動力技術、區塊鏈技術/數字貨幣、智能計算與智能化軟件、大數據開發與利用、人工智能及腦認知的形式化、生物3D打印先進制造技術和設備、超導材料、面向高效能量轉化與存儲的納米材料技術、碳納米管及石墨烯等碳基材料制備技術、新一代核反應堆技術、能源互聯網、天然氣水合物大規模安全經濟開采關鍵技術、規?；滦碗娔艽鎯夹g、井下油水分離同井注采技術、數值天氣預報、建筑工程的3D打印（建造）技術、現代高效節水灌溉技術、超級高速鐵路、紡織全流程智能制造、新型農藥、農作物先進育種技術、基因編輯技術、健康醫學、生物醫藥、慢病防控工程與治療關鍵技術。

五、結語

項目從研究引發產業變革的顛覆性技術內涵、建立引發產業變革的顛覆性技術的指標評價體系入手，通過兩輪問卷調查，依托院士與專家智慧，逐步從313項“備選技術清單”中定性遴選出165項“備評技術”，再從這165項“備評技術”中定量遴選出26項“備研技術”。對引發產業變革顛覆性技術內涵與遴選所開展的逐步聚焦、定性定量相結合的研究方法，是對顛覆性技術與產業變革規律把握與理解的一種初步探索，也為項目后期開展技術預測奠定基礎。

項目在開展引發產業變革的顛覆性技術內涵與遴選的研究工作中，也注重積累階段性成果，探索研究方法的創新性，主要體現在：對引發產業變革的顛覆性技術案例的關注，整理形成3篇典型案例；對國外顛覆性技術識別方法的梳理，進行簡要的分析對比；開展各行業知名企業座談會，企業家介紹了顛覆性技術的產業發展情況；與政府機構與軍方專家就顛覆性技術發展趨勢、政策扶持、軍民差異等進行溝通等。

但與此同時，對引發產業變革的顛覆性技術的內涵與遴選研究，也存在需要完善及進一步研究的方面，主要體現在：各類技術清單中的技術還是存在技術顆粒度大小不一的問題；未充分借助產業界力量，把握處于產業孕育階段的顛覆性技術；參與問卷調查的專家數量與覆蓋面還有所欠缺。這就需要我們借鑒已開展的引發產業變革的顛覆性技術遴選工作及其他研究項目的成果經驗，在開展后續研究時，設計更合理、科學與創新性的技術遴選機制，設立學術界、產業界人士都廣泛參與項目研究的機制，并建立長期的技術、知識、專家庫積累。通過持續改進，更好地為引發產業變革的顛覆性技術預測與分析工作的開展提供支撐與幫助。

[1] Bower J L. Christensen C M. Disruptive technologies: Catching the wave [J]. Harvard Business Review, 1995, 73(1): 43–53.

[2] 趙國棟, 易歡歡, 廖萬軍, 等. 大數據時代的歷史機遇: 產業變革與數據科學 [M]. 北京: 清華大學出版社, 2013.Zhao G D, Yi H H, Liao W J, et al. Historical opportunities in the era of big data: Industrial transformation and data science [M].Beijing: Tsinghua University Press, 2013.

[3] 麥肯錫. 顛覆性技術與商業趨勢 [M]. 上海: 上海交通大學出版社, 2013.McKinsey. Disruptive technology and business trends [M].Shanghai: Shanghai Jiao Tong University Press, 2013.

[4] 劉琦巖.大力發展引領產業變革的顛覆性技術 [J].紅旗文稿.2016 (14): 19.Liu Q Y. Develop disruptive technologies vigorously that lead to industrial change [J]. Red Flag Manuscript, 2016 (14): 19.

Connotation and Selection of Disruptive Technologies that Lead Industrial Change

Sun Yongfu1, Wang Liheng1, Sun Zongtan2, Wang Kunsheng2, Hu Liangyuan2,Cui Jian2, Xu Yuan2, Kang Xitong2
(1. Chinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China; 2. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering, Beijing 100048, China)

Disruptive technologies that lead industrial change have many characteristics, including technological breakthrough, product substitution, market universality, and industrial transformation, all of which have profound impact on social development and people’s lives. First, from the industry and technology perspectives, this article proposes the connotation and selection of disruptive technologies that lead industrial change. Next, the corresponding index evaluation system is established. Lastly, through two rounds of questionnaire surveys utilizing qualitative and quantitative methods, this article selects approximately 20 disruptive technologies that are currently leading the industrial change; subsequent analysis provides support for further study on the law between disruptive technology and the industrial revolution, as well as carrying out technical forecasting.

industrial change; disruptive technologies; index evaluation system; selection; questionnaire survey

T-01

A

2017-08-22；

2017-09-22

孫永福，中國工程院，院士，教授級高級工程師，主要研究方向為鐵路工程管理；E-mail: yongfusun@163.com

中國工程院咨詢項目“引發產業變革的重大顛覆性技術預測研究”(2016-ZD-12)

本刊網址：www.enginsci.cn

DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.05.002